JP4495919B2

JP4495919B2 - プラナリゼーション装置

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Publication number: JP4495919B2
Application number: JP2003119745A
Authority: JP
Inventors: ナセル・アリ・ジャファリ; ケネス・ディーン・カークリン; ウィリアム・ティー・スプレイグ
Original assignee: Verigy Singapore Pte Ltd
Current assignee: Verigy Singapore Pte Ltd
Priority date: 2002-04-26
Filing date: 2003-04-24
Publication date: 2010-07-07
Anticipated expiration: 2023-04-24
Also published as: TWI269346B; ITRM20030188A0; ITRM20030188A1; US6794889B2; US20030201764A1; JP2003324133A; TW200305913A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一般に半導体試験装置に関するものであり、より具体的には、半導体自動試験装置のウエハプローブにおけるプローブカードとウエハとの間の平行度（「プラナリティ(planarity)」とも呼ぶ）を取得するプラナリゼーション装置および、プローブカードのプラナリティを得る方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動試験装置構成
ウエハ試験（ウエハプローブ又はウエハソートとも呼ばれる）は、半導体業界における製造に必要不可欠な工程である。ウエハソートでは、パッケージングの前にウエハ上の個々のダイに電気的機能性試験が実施される。図１は、ウエハソートにおいて使用される自動試験装置（ＡＴＥ）（ＡＴＥテストセル、又はテストセルとも呼ばれる）の一構成例を示す「高位置」すなわち「非試験位置」の側面図である。以下、この構成を「直接ドッキングシステム」と呼ぶものとする。ウエハに対する試験を制御して実施する装置は、テスタ１０１と呼ばれる。このテスタ１０１は、試験中にウエハ１０５上に配置される可動式のテストヘッド１０３を含んでいる。プローバー１０７は、各ウエハ１０５をプローバーステージ１０９上に搭載したり、そこから降ろしたりするものである。プローバーステージ１０９（プローブチャックとも呼ばれる）は、各ウエハ１０５を操作して試験位置に配置するものであり、ｘ方向、ｙ方向及びｚ方向への移動が可能である。矢印１２１は、システムのｚ軸方向を示している。ｘ軸及びｙ軸は、ウエハ１０５の平面内にある。このＡＴＥテストセルの構成においては、テストヘッド１０３はドッキング支持体１１１上にあり、高さ調節が可能である。他のテストセル構成においては、テストヘッド１０３は、ドッキング支持体１１１以外の適当な手段によりプローバー１０７の上に吊りさげられる種類のものであっても良い。
【０００３】
テストヘッド１０３は、複数の機構（真空取付機構、機械的ラッチ、或いは電気機械式コネクタを使った支持機構を含むがこれらに限られない）によりテスタインターフェース１２０に取り付けることが出来るプローブカード１１３を介してウエハ１０５と接触する。図２に示したもののような他のテストセル構成においては、プローブカード１１３はプローバー１０７のプローブヘッドプレート１１４に直接取り付けられている。以下、図２の構成を従来のドッキング装置と呼ぶものとする。プローブカード１１３は、ウエハ１０５上の接触パッドと整合するように作られたプローブアレイ１１５を含む。ウエハ１０５上の全ての接触パッドへ同時に接触するようにプローブアレイ１１５の全てが同じ平面中に並び、ウエハ表面に平行であるようにし、これによりプローバーステージ１０９に必要なｚ方向の移動を小さくすることが理想である。図１に示すように、プローブ深度１１６は、テスタインターフェース１２０からプローブ１１５の先端までのｚ方向の距離である。各プローブカード１１３は、試験対象となるウエハ１０５の特定の回路用に特別に作ったものであり、テストヘッド１０３上のテスタ別インターフェースに電気的・機械的に整合するインターフェースを持っている。通常、プローバー１０７は、ｚ方向の距離を光学的に計測することが出来る上向きカメラ１１７を含むプローバー視覚システムを含む。
【０００４】
通常、プローバーステージ１０９のｘ−ｙ方向移動の中心にある固定点は、半導体自動試験装置のプロービング中心である。テストセルはシステム基準平面１１９（図１参照）を持っているが、これは通常、テストセルの機械的部分の平坦面である。システム基準平面１１９は、これを基準としてテストセルにおける他の平面を計測する為の面である。図１に示した「直接ドッキングシステム」においては、システム基準平面１１９は更にテスタインターフェース１２０でもある。従来型ドッキングシステム等の他のテストセル構成においては、システム基準平面１１９としてプローブヘッドプレート１１４又は他の平坦面等、他の面を使用することも出来る。各プローブカード１１３は、使用するプローブ技術やその他アプリケーションに特定の要因に応じた製造平坦度許容範囲を持っているが、これはテストを正確に実施することが出来なくなるまでの、プローブカード１１３上のプローブ１１５の最低及び最高垂下位置間に許容される最高距離を特定するものである。テスタ１０１、プローバー１０７及びプローブカード１１３を含むテストセルの構成部品は通常、異なる業者から供給及びサポートがされている。例えば、テスタ１０１がある業者から提供され、プローバー１０７が他の業者から提供され、そしてプローブカード１１３が更に他の業者から提供されるようなことはごく一般的である。
【０００５】
プローブカードのプラナリゼーション（planarization、平坦化）
ウエハソート以前に、プローブ１１５の先端が単一の平面内にある状態となるように、プローブカード１１３を平らにあるいは同一水準にあるようにしなければならない。プローブカードのプラナリゼーションと呼ばれるこの処理は、確実に全てのプローブ１１５が同時にウエハ１０５上の対応するパッドと接触するように保証するものである。図３は、テストヘッド１０３及びプローブカード１１３がわずかに傾いている為に（明確に示す為に図においては傾きを強調した）ウエハ１０５に対して平行ではない状態となっているＡＴＥテストセル（直接ドッキングシステム）を示す側面図である。テストヘッド１０３が下げられてドッキング支持体１１１に置かれると、第一のプローブ１１５Ａは他のプローブ１１５よりも早くにウエハ１０５と接触する。第一のプローブ１１５Ａ及び／又はウエハ回路を損傷することなくテストヘッド１０３をこれ以上低く配置することが不可能であるにもかかわらず、残りのプローブ１１５は未だにウエハ１０５と接触していない状態となる。ウエハ１０５を適正に試験する為には、ドッキング支持体１１１の高さを調節することにより、各ＡＴＥテストセルの許容範囲に入る程度において、テストヘッド１０３及びプローブカード１１３を平坦に、そしてウエハ１０５に対して実質的に平行にしなくてはならない。従来のドッキングシステムにおけるプローブカード１１３もまた、ウエハソートを実施する以前にプラナリゼーション処理を必要としている。従来のドッキングシステムにおいては、プローブヘッドプレート１１４の調節を行うことによりプローブカード１１３のプラナリゼーションが実施される。
【０００６】
プローブカード１１３のプラナリゼーションを行うには様々な方法がある。直接ドッキングシステムに利用される１つの方法では、特注のレベリング装置の利用が必要である。このレベリング装置は、プローバー１０７のドッキング支持体１１１上に取り付けられるものであり、その本体中にプローバーステージ１０９よりも上に配置される３つの穴を含んでいる。機械的深度計が各穴へと挿入され、レベリング装置（平坦な基準面）とプローバーステージ１０９との間の距離が測定される。測定された距離が等しくなり、ドッキング支持体１１１自体が平らになったことが示されるまで各ドッキング支持体１１１の高さが調整される。ドッキング支持体１１１が平らであれば、テストヘッド１０３がドッキング支持体１１１上に置かれた場合にテストヘッド１０３及びそのプローブカード１１３もまた平らとなることが予想される。
【０００７】
残念ながら、上述したレベリング装置は、ウエハソートにおけるＡＴＥテストセルの物理的設定を完全に再現するものではない為、問題がある。水平装置が除去され、テストヘッド１０３がドッキング支持体１１１上へと下げられると、テストヘッド１０３の重さ（一部のシステムでは１０００ポンドを超える）がドッキング支持体１１１の高さを変えてしまい、これによりテストヘッド１０３のプラナリゼーションは失われてしまう。更に、レベリング装置は上向きカメラ１１７の測定能力を利用することが出来ず、これを従来のドッキングシステムにおいて使用することも出来ない。
【０００８】
他のプローブカードプラナリゼーション法が、Ｂｉａｌｏｂｒｏｄｓｋｉ等による米国特許第５，８６１，７５９号に記載されている（特許文献１参照）。米国特許第５，８６１，７５９号は、プローバーの上向きカメラを採用してプローブカード上の選択された３つのプローブ間の距離を測定するものである。テストヘッドは１つの固定支持体と、２つの可調節モーター式支持体上に設けられる。カメラは、プローブ点群をウエハ面に対して平坦化する為のテストヘッドへのチルト調節に必要な調節について、中央マイクロプロセッサと通信を行う。中央プロセッサはこれに応えてモーター式の支持体の高さを適宜調節する。残念なことに、この方法及び装置には、更なる設定ステップとモーター式支持体の制御に高価な動作制御システムとが必要である。
【０００９】
プラナリティ確認方法
プローブカードのプラナリティを確実に得るには、ウエハ１０５及び／又はプローブカード１１３へのあらゆるインターフェース部品もまたプラナリティを持ち、そしてこれらと他の部品との組み合わせが半導体自動試験装置の製造プラナリティ許容範囲に入っていなければならない。プローバーステージ１０９、プローブカード１１３及びプローブ１１５、そしてシステム基準平面１１９は、最終的な組立体において全て平坦で、相互に対しても平行でなければならない。業者はその部品のプラナリティを、既知の平らな基準面と、複数ポイントにある測定対象面との間の距離を測定することにより確認する。その距離が等しい場合、その面はプラナリティを持ち、基準平面に対して平行であることが確認される。残念なことに、各業者はプラナリティの確認にまったく異なる方法及びツールを使用している。この結果、異なる検証方法が相互に相関するとは限らないのである。即ち、１つの方法によりプラナリティを立証された面が、他の方法を用いた場合にプラナリティが確認されるとは限らないのである。
【００１０】
プローバーステージ１０９のプラナリティを確認する為に、あるプローバー業者はダミーのプローブカード上の３つの異なる位置に十字線ターゲットの画像を設ける。ダミープローブカードはシステム基準平面１１９としての役割を持ち、そしてこれは、プローバー１０７を用いた半導体自動試験装置中のテスタインターフェース１２０に機能的に対応するテスタインターフェースエミュレータ中に設けられている。また、各十字線とプローバーステージ１０９との間の距離を測定する為に上向きカメラ１１７が使用される。３つの距離が等しい場合、プローバーステージ１０９は平坦性を持ち、ダミープローブカードと平行であることが確認される。
【００１１】
他の業者は３つの穴のあいたダミープローブカードをシステム基準平面１１９として利用する。ダミープローブカードはテスタインターフェースエミュレータ中に設けられる。テスタインターフェースエミュレータは、ダミープローブカードのテスタ側にある穴を露出するに充分な大きさの中心開口を持っている。穴は測定を実施する為に機械式深度計のプランジャーを通すのに充分な幅を持っている。これにより、機械式深度計を使ってダミープローブカードのシステム基準平面１１９とプローバーステージ１０９の表面との間の距離を測定することが出来る。３つの距離が等しければ、プローバーステージ１０９がプラナリティを持ち、ダミープローブカードと平行であることが確認される。
【００１２】
各プローブカード業者はプローブカード１１３のプローブ点のプラナリティ検証にまったく異なる方法を用いている。プローブアレイの１１５複雑性により、プローブカード１１３がそのプローブ１１５を作動させる上でプラナリティを持つことを確認する為に、度量衡ツールとして知られる特殊な機器が使用される。更に他の業者が提供する度量衡ツールは、それ自体のプラナリティも確認しなければならない。度量衡ツールの確認は、穴のあいたダミープローブカードを用いた上述の方法を含む様々な方法で実施することが出来る。
【００１３】
【特許文献１】
米国特許第５，８６１，７５９号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した例の全てにおいて、業者は独自の測定機器、ツール、テスタインターフェース１２０のエミュレーション法、及び／又はシステム基準平面１１９のエミュレーション法により、プローブカードの製造、測定及び使用における様々な段階におけるプラナリティの検証を行っている。残念ながら、プラナリティの判定にそれぞれの業者が異なる方法を採用していては、そしてこれらの方法の内、測定トレーサビリティを提供するものがほんの一部しか（もしくは全く）なければ、本質的に異なるツール及び方法は、相互に関連しない場合が多いのである。この相関の欠如により、製造中のプローブカードのプラナリゼーション処理は困難なものとなり、ひいては、そうでなければウエハソートに消費することが出来た時間を、プローブカード１１３のプラナリゼーション処理に費やさなければならないことになる。
【００１５】
更には、相関性の無い検証法により、ウエハソート中に良品であるプローブカードを誤ってはじいてしまう可能性がある。例えば、プローブカード１１３のプローブ先端は、対象ＡＴＥテストセルのシステム基準平面１１９に対して平行な平面内になければならない。プローブ先端のプラナリティは、プローブカード業者によって検証されている。しかしながら、そのＡＴＥテストセルのプラナリティ検証方式がプローブカード業者の方法と相関していない場合、そのＡＴＥテストセルにおいてプローブカード１１３のプラナリゼーションを実施することが不可能な場合もある。このような場合の多くは、プローブカードは欠陥品であるとみなされ（プローブカード業者が既にプローブ先端のプラナリゼーションを別途検証しているにもかかわらず）、プローブカード業者へと返却されてしまうことになる。このような種類の誤りは、不良率やプローブカードの在庫条件、及びＡＴＥテストセル用の平均設定時間を増大させることになる。
【００１６】
異なる業者の検証方法間における誤相関だけが問題ではない。業者独自の内部製造・検証法間においても相関性が無い場合がある。例えば、プローブカード業者は、保有する先端平坦化ツール（サンダーや先端エッチング装置等）を用い、製造工程においてプローブカードのプローブ先端を一平面内に収める為のやすりがけやエッチング、或いはアライメントを実施する。その後度量衡ツールを用いてプローブ先端のプラナリゼーションを検証する。しかし、先端平坦化ツールと度量衡ツールとの間に誤相関があることがある。このような内部ツールに誤相関がある場合、プローブカード製造環境における歩留まり低下という困った原因となる。
【００１７】
より優れたプラナリゼーションツールと相関性の必要
従って、ウエハソートの間にＡＴＥテストセルの物理的設定を正確に再現することが出来、更に上向きカメラ１１７と一緒に使用することが出来る改良されたプラナリゼーションツールの必要性が存在する。更には、業者が使用する各種プラナリゼーション検証方法間に、より良好な相関性を持たせると共に、製造装置とプラナリゼーション検証ツールとの間にもより良好な相関性を持たせる必要がある。これらの必要性は、ウエハ（及びこれらを試験するプローブカード）のアレイサイズがより大型になり、製造プラナリゼーション許容範囲がより厳しくなっていることから、早急に満たさなければならない。このソリューションは、直接ドッキングシステム及び従来型ドッキングシステムに互換性を持っていなければならないと同時に、半導体自動試験装置の各部品のプラナリゼーションを適合させ、確認する為に業者が採用する異なる方法及びプラットフォーム間にも互換性がなければならない。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述した必要性を満たすものである。半導体自動試験装置に使用するプラナリゼーション装置は、少なくとも１つの深度計アクセス穴を含み、プローブカードと機械的に相互に置き換えることができ、半導体自動試験装置と機能的機械的に互換性を持つ構造体と、半導体自動試験装置のシステム基準平面として機能する、前記構造体上の後部平坦面と、前記後部平坦面と平行でその反対側を向き、半導体自動試験装置のシステム基準平面として機能する前部平坦面と、該前部平坦面上にある少なくとも１つの光学ターゲットとを含む。
半導体自動試験装置においてプローブカードのプラナリティを得る方法は、プローブカードと相互に置き換えることができ、機能的・機械的に半導体自動試験装置との互換性を持つプラナリゼーションゲージであって、少なくとも１つの深度計アクセス穴を含み、更に後部平坦面と該後部平坦面に平行な前部平坦面とを有し、前記前部平坦面が前記後部平坦面の反対側を向いており、少なくとも１つの光学ターゲットをその表面に有するプラナリゼーションゲージを設けるステップと、前記プラナリゼーションゲージを用いて前記半導体自動試験装置の少なくとも１つの部品のプラナリティを確認するステップとを含む。
また、半導体自動試験装置においてプローブカードのプラナリティを得る方法は、プローブカードと相互に置き換えることができ、機能的・機械的に半導体自動試験装置との互換性を持つプラナリゼーションゲージであって、少なくとも１つの深度計アクセス穴を含み、更に後部平坦面と該後部平端面に平行な前部平坦面とを有し、前記前部平坦面が前記後部平坦面の反対側を向いており、少なくとも１つの光学ターゲットをその表面に有するプラナリゼーションゲージを設けるステップと、前記プラナリゼーションゲージを用いて前記プローブカードの製造工程及びプラナリティ検査工程で使用する機器及び工具をそうごに関連づけるステップとを含む。
【００１９】
図示した本発明の一実施例によれば、プラナリゼーションゲージがプローブカード１１３と同じ機械的レイアウトを持っており、プローブカード１１３と機械的に相互交換することが出来るものである。プラナリゼーションゲージはテスタ１０１中又はテスタインターフェースエミュレータ中にプローブカード１１３と同じ方法で設置される。プラナリゼーションゲージは機能的・機械的にこれを用いる半導体自動試験装置と互換性を持ち、そして半導体自動試験装置の製造プラナリゼーション許容範囲に入るように作られている。プラナリゼーションゲージは前部平坦面と後部平坦面とを含み、これらは実質的に相互に平行である。半導体自動試験装置の個々の部品のプラナリゼーションの検証をする場合に、その一方の面又は両方の面がシステム基準平面１１９として利用されるものである。ＡＴＥテストセルにおけるプローブカードプラナリゼーション処理の間、後部平坦面は通常、テストヘッド１０３により遮断されるが、前部平坦面はシステム基準平面１１９として使用可能なまま残されている。プラナリゼーションゲージは深度計を用いた測定用に深度計穴を持つ単一のツールであり、測定用の光学ターゲットは上向きカメラ１１７を用いたものである。以下、光学ターゲットを、上向きカメラ１１７が認識することが出来る何らかの画像または物体とし、距離測定のエンドポイントとして取り扱うものとする。
【００２０】
プラナリゼーションゲージは機械的にプローブカード１１３との相互交換が可能である為、プラナリゼーションゲージを、例えば直接ドッキングシステム或いは従来型ドッキングシステムといった、いずれのＡＴＥ構成においても使用することが出来る。直接ドッキングシステムにおいては、プラナリゼーションゲージをテストヘッド１０３に固定した状態で使用することが出来る。プラナリゼーション処理中、テストヘッド１０３はドッキング支持体１１１上に設置することが出来、これによりウエハソート中の半導体自動試験装置の物理設定を複製することが出来る。更に、プラナリゼーションゲージはその相互交換可能特性から各業者がＡＴＥテストセル部品を構築し検証する間に使用する異なる方法及びプラットフォームは勿論、従来のドッキングシステムとも互換性を持つ。上述したプローバー業者もダミープローブカードの代わりにこれを使用することが出来る。プローブカード業者及び度量衡ツール業者は、これを使用して度量衡ツールを検証することが出来る。各業者は更に、その独自のツールを同じプラナリゼーションゲージを使って認証することにより、内部製造・プラナリゼーションプロセスの校正を実施することも出来る。全ＡＴＥ業者がプラナリゼーションゲージを使用した場合、全ＡＴＥ部品を構築・検証する為の統一化された標準を提供するものであり、各種プラナリゼーション検証法間の相関が保証される。更に、プラナリゼーションゲージは米国国立標準技術研究所（ＮＩＳＴ）等の標準へのトレーサビリティが提供されるように製造及び検査をすることが出来る。またこれは、プローブカードのプラナリゼーションに問題がある場合にどの部品が不良であるかを判定する上で優秀なデバッグツールでもある。
【００２１】
プラナリゼーションゲージの一実施例は、後部プレートに固定された前部プレートを含む。後部プレートの１つの面がプラナリゼーションゲージの後部平坦面であり、前部プレートの１つの面がプラナリゼーションゲージの前部平坦面である。後部プレートはプローブカード１１３と同じ方式でテストヘッド１０３へと取り付けられるように適合している。ガラス製の前部プレートは、前部平坦面上にエッチングにより形成された３つの光学ターゲットを含んでいる。３つの光学ターゲットに加え、３つの深度計アクセス穴が後部及び前部プレート中を通っており、これらは機械的深度計のプランジャーを収容するに充分な大きさを持っている。
【００２２】
機械式深度計を使ってプラナリゼーションを測定する業者は、後部平坦面をシステム基準平面１１９として利用しつつプランジャーを深度計アクセス穴へと通す。上向きカメラ１１７を使用する業者は、前部平坦面をシステム基準平面１１９として利用することにより、光学ターゲットへの距離を光学的に測定する。いずれの方法におけるプラナリゼーション検証も有効であり、後部及び前部平坦面が厳しい許容範囲において平行かつ平坦である為に他の方法と相関するものである。プラナリゼーションゲージと共に使用する深度計も、機械式深度計とは限らない。対象ＡＴＥが必要とする精度でｚ方向の測定を行えるものであれば、他のいずれの装置を使用しても良い。そのような他の装置の一例としては、レーザー測定装置が挙げられる。
【００２３】
本実施例における光学ターゲットは、例えばプローバーの上向きカメラ１１７を利用するプローバー視覚システムにより認識可能な個々のドットである。更にガラス上にエッチングされた指示線が前部プレートの中心から各光学ターゲットへの２つの経路をトレースしている。第一の経路は前部プレートの中心から、各ターゲットへの直接経路である。第二の経路は、ｘ及びｙベクトルに分割されている。本実施例における指示線は、ＡＴＥ操作者が特に上向きカメラ１１７を通じて前部平坦面を拡大して見る場合に、小さい光学ターゲットの位置を容易に特定することが出来るようにするものである。光学ターゲットへの指示線を更に増やすことも出来る。代わりに、プラナリゼーションゲージのドットの位置特定及び焦点合わせを自動化し、プローバー１０７により起動するようにしても良い。
【００２４】
以下、プロービング中心から光学ターゲットへの距離を光学ターゲット半径と称し、直接ドッキングシステムにおけるプロービング中心からドッキング支持体１１１への距離をドッキング支持体半径と称するものとする。各ドッキング支持体１１１には対応する光学ターゲットがある。光学ターゲットは、ドッキング支持体１１１のプローバー１０７上の位置を比例尺度でより小さく換算した位置に配置することが出来る。光学ターゲットはドッキング支持体１１１の半径軸中に置かれ、各光学ターゲット半径と対応するドッキング支持体半径との比が等しくなるように配置される。
【００２５】
光学ターゲット半径がドッキング支持体半径に比例している場合、テストヘッド１０３をプローバーステージ１０９に合わせて水平にする処理は簡単な処理となる。第一に、プラナリゼーションゲージがテストヘッド１０３上に固定される。その後プローバーステージ１０９と３つの光学ターゲットの各々との間の距離が測定される。３つの測定間の差は、ドッキング支持体１１１に実施しなければならない高さ調節に比例する。この光学ターゲット配置法は、オプションであり、従来のドッキングシステムに必ずしも必要なものではない。
【００２６】
他の実施例においては、プラナリゼーションゲージは平行な前部及び後部平坦面を持つ単一のプレートである。前部平坦面には３つの光学ターゲットがある。これらの光学ターゲットは、プローブ１１５、プローブ様突起、暗い背景に対して明るい色を使用したドット、或いは上向きカメラ１１７で認識可能な他のいずれの画像又は物体であっても良い。この単一プレートは更に、深度計のアクセスを許容する３つの穴を含むものであっても良い。単一プレートは、プローブカード１１３と同じ方式でテストヘッド１０３へと取り付けられることが出来るようになっている。
【００２７】
本発明の更なる特徴及び利点は、本発明の実施例の構造及び動作と共に添付図を参照しつつ以下に詳細にわたって説明する。図中、同様の符号は同一又は機能的に同様の要素に使用されている。
【００２８】
【発明の実施の形態】
図４はプラナリゼーションゲージ３０１を設けたＡＴＥテストセルの「高位置」すなわち「非試験位置」の側面図である。プラナリゼーションゲージ３０１は後部平坦面３０３及び前部平坦面３０５を持っているが、これらはいずれも実質的に平坦であり、実質的に相互に平行である。後部平坦面３０３及び前部平坦面３０５の一方或いは両方を、ＡＴＥテストセルの個々の部品のプラナリゼーションを確認する為のシステム基準平面１１９として使用することが出来る。これがプローブカードのプラナリゼーション確認においてテストヘッド１０３に取り付けられた場合、通常は後部平坦面３０３がテストヘッド１０３により遮断されることになるが、前部平坦面３０５はシステム基準平面１１９として使用出来るように残されている。プラナリゼーションゲージ３０１にはその構造を通じて深度計用のアクセス穴が設けられており、前部平坦面３０５上には上向きカメラ１１７を利用して測定する場合に使用する光学ターゲットがある。以下、光学ターゲットは上向きカメラ１１７による認識が可能な何らかの画像、又は物体であり、距離測定におけるエンドポイントとして使用されるものとして説明する。図４はプラナリゼーションゲージ３０１の側面図を示しているため、深度計アクセス穴や光学ターゲットが現れない。
【００２９】
プラナリゼーションゲージ３０１はプローブカード１１３との機械的互換性を持っており、従ってテストヘッド１０３へと固定して使用することが出来る。例えば、直接ドッキングシステムのプローブカード１１３のプラナリゼーション処理において、テストヘッド１０３をドッキング支持体１１１上に直接配置することによりウエハソートにおけるＡＴＥテストセルの物理設定を再現することが出来る。プラナリゼーションゲージ３０１はプローブカード１１３との互換性がある為、これは従来型ドッキングシステムにも適合する。更に、テストセル中の個々の部品の構築及びそれらのプラナリゼーション確認において業者が使用する異なる方法及びプラットフォームとの互換性もある。
【００３０】
図５は、本発明の教示内容に基づいて作られたプラナリゼーションゲージ３０１の一実施例を描いた側面図である。前部プレート４０１は後部プレート４０３上で芯合わせされ、スクリュー、接着剤、ラッチ、又は他のいずれかの周知の取り付け手段により固定される。プラナリゼーションゲージ３０１をＡＴＥテストセル中に設置した場合、後部平坦面３０３はテストヘッド１０３に向き合い、前部平坦面３０５はプローバー１０７の表面に向き合う。
【００３１】
図６は、ＡＴＥテストセルのプローバー側から見た後部プレート４０３の底面図である。後部プレート４０３は、プローブカード１１３と同じ方式でテストヘッド１０３へ取り付けることが出来る。図６に示した実施例においては、テストヘッド１０３と嵌合するフレーム（図示せず）に固定する為の外周穴４０５が設けられている。後部プレート４０３をテストヘッド１０３へと適合させる為には他の方法も可能である。後部プレート４０３は３つの深度計アクセス穴４０７を持っているが、これらの穴は機械的深度計のプランジャーを嵌め込むに充分な大きさを持っている。深度計アクセス穴４０７は通常、プラナリゼーションゲージ３０１が実際のテストヘッド１０３へ留められている場合はブロックされているが、プラナリゼーションゲージ３０１がテスタインターフェースエミュレータに留められている場合はアクセスすることが可能である。殆どのテスタインターフェースエミュレータは中心開口を持ち、これにより深度計アクセス穴４０７へと通じることが出来る。しかしながら、中心開口は大きさが限られている為、プラナリゼーションゲージ３０１をテスタインターフェースエミュレータへと設置する場合、深度計アクセス穴４０７はその中心開口内に入るように配置されていなければならない。中心開口の大きさは、テスタインターフェースエミュレータによって異なる。ここでは説明上の目的から、実際の動作環境における深度計アクセス穴４０７の直径は６．５ｍｍ、そして後部プレート４０３の中心から半径約１６センチメートル（６．３インチ）の範囲に配置されているものとする。
【００３２】
点線で描いた円４０９は前部プレート４０１が後部プレート４０３へと固定された場合の前部プレート４０１の位置を表している。前部プレート４０１は、後部プレート４０３に開けられたスクリュー穴４１１へとスクリューを回し入れることにより後部プレート４０３に取り付けることが出来る。後部プレート４０３の後部平坦面３０３は、良好なシステム基準平面１１９を提供するように非常に平坦でなければならない。後部平坦面３０３のプラナリティは、それを使用するＡＴＥテストセルの製造プラナリティ許容範囲に適合していなければならない。ここでは説明上の理由から、実際の動作環境において、後部プレート４０３は直径３５５．６ｍｍ、厚さ６．３５ｍｍであり、その後部平坦面３０３は５μｍ未満のプラナリティを持つものとする。後部プレート４０３はステンレス鋼、アルミニウム、或いはチタンのような硬質材料から作ることが出来るが、プラナリゼーションゲージ３０１を手でも容易に持ち運ぶことが出来るように軽量の材料が推奨される。
【００３３】
図７は、ＡＴＥテストセルのプローバー側から見た前部プレート４０１の前部平坦面３０５を示す底面図である。前部プレート４０１は、後部プレート４０３のスクリュー穴４１１と一致する外周端に沿った位置に貫通穴４１３があけられており、前部プレート４０１をスクリューにより後部プレート４０３へと取り付けることが出来る。前部プレート４０１の深度計アクセス穴４０７は、後部プレート４０３の深度計アクセス穴４０７と位置合わせされており、機械式深度計のプランジャーを嵌め込むことが出来る大きさを持っている。３つの光学ターゲット４１７は前部プレート４０１の表面に描かれており、プローバー１０７に向いている。光学ターゲット４１７は上向きカメラ１１７が単一の点として検出することが出来れば、いずれの形式又は形状をしていても良い。一般に、上向きカメラ１１７は暗い背景に対して明るい色の小さい領域を検出するように作られているが、これはプローブ先端の特性である。本実施例においては、前部プレート４０１の表面は暗い色をしており、光学ターゲット４１７は比較的に小さく、視覚的に目立つドットである。更なる光学ターゲット４１８が前部平坦面３０５の中心にある。中心光学ターゲット４１８はＡＴＥテストセルのプロービング中心と理想的に一線上に並んでいる。これは通常、プローバー１０７の初期化の際に上向きカメラ１１７が使用するものである。
【００３４】
前部プレート４０１上に描かれた指示線４１９は、前部プレート４０１の中心から各光学ターゲット４１７への２つ経路をトレースしている。第一の経路４１９Ａは前部プレート４０１から各光学ターゲット４１７への直接経路である。第二の経路４１９Ｂはｘ及びｙベクトルに分割されている。指示線４１９はオプションであるが、特にＡＴＥ操作者がプローバー視覚システム１１７のビューファインダーを通じて拡大して見ている場合に、小さい光学ターゲット４１７をごく容易に見つけることが出来るようにするものである。指示線４１９を使用するにあたっては、ＡＴＥ操作者はプローバー視覚システム１１７をプロービング中心に合わせ、その後光学ターゲット４１７に至るまで前部プレート４０１上の示線４１９に沿ってトレースすれば良い。
【００３５】
前部プレート４０１は、フォトマスク作成プロセスを用いて前部プレート４０１上に光学ターゲット４１７、４１８及び指示線４１９をきれいかつ正確にエッチングすることが出来るように、ガラス製であることが望ましい。光学ターゲット４１７、４１８をより小さく、よりシャープにするほど測定も正確となる。勿論、光学ターゲット４１７、４１８を上向きカメラ１１７が検出不可能な程に小さくすることは出来ない。前部プレート４０１はまた、金属、プラスチック、そして更には紙で製作してもよい。実際の動作環境において、前部プレート４０１は、暗い背景に光学ターゲット４１７、４１８を示す明るい小ドットを描いた紙シートで形成される。しかしながら、このような材料の使用は光学ターゲットの精度を劣化させ、光学ターゲット４１７、４１８を認識する上向きカメラ１１７の能力にも影響を与える。また、これらの他の材料は、常に同じ様式で繰り返し製造することが困難でもある。使用が許容される材料は、ＡＴＥテストセルとその製造プラナリティ許容範囲によっても異なる。良好な基準平面を作る為には、前部平坦面３０５は非常に平坦でなければならない。前部平坦面３０５のプラナリティは、それを用いるＡＴＥテストセルの製造プラナリティ許容範囲内に収まっていなければならない。説明上の目的に限り、実際の動作環境において、前部プレート４０１は直径１７７．８ｍｍ、厚さ３．８１ｍｍであり、前部平坦面３０５は誤差５μｍ未満のプラナリティを持ち、後部平坦面３０３との平行性誤差は５μｍ未満であるものとする。プラナリゼーションゲージ３０１全体の厚さ（前部プレート４０１と後部プレート４０３の厚さを合わせたもの）は、プローブカード１１３の最大プローブ深度１１６を超えてはならない。
【００３６】
光学ターゲット４１７及びその周囲の指示線をより近くで見たものを図８に示すが、これは図７において点線で描かれた円Ｄ’で囲まれた領域の拡大図である。指示線の長さ方向に沿った矢印４２３は光学ターゲット４１７を指し示している。ＡＴＥ操作者自身がどの光学ターゲット４１７を見ているのかを知ることが出来るように光学ターゲット４１７の隣に識別ラベル４２０を設けることが出来る。更なる指示線４２１を光学ターゲット４１７の隣に配置してその位置のピンポイント表示を助けても良い。説明の便宜上、一動作環境例において、光学ターゲット４１７は直径２５μｍであり、指示線の厚さは２００μｍであるものとする。
【００３７】
光学ターゲット４１７の位置は、直接ドッキングシステムにおけるプローバー１０７上のドッキング支持体１１１の位置を比例尺度でより小さく換算した配置にある。プラナリゼーションゲージ３０１がテストヘッド１０３へと固定されると、光学ターゲット４１７は、各光学ターゲット半径の、対応するドッキング支持体半径に対する比が同じ状態でドッキング支持体１１１の半径軸内に配置されることになる。光学ターゲット４１７のこの配置法はオプションであり、特にプラナリゼーションゲージ３０１が従来のドッキングシステムで使用される場合、この方式に従う必要はない。しかしながら、この方式に従えば、直接ドッキングシステムにおけるプローブカードのプラナリゼーション処理時にドッキング支持体１１１に必要とされる高さ調節を計算することがより単純かつ簡単となるのである。深度計アクセス穴４０７もまた、この方式に従って配置することが出来る。
【００３８】
プラナリゼーションゲージ３０１の構築後、測定トレーサビリティを得る為にこれをＮＩＳＴ等の規格に準じて校正することが出来る。実際の動作環境において、前部平坦面３０５及び後部平坦面３０３は各々にＮＩＳＴ標準に準じて校正され、誤差５μｍ以内であることが確認される。更に、前部平坦面３０５が後部平坦面３０３に対して５μｍ未満の誤差で平行であることが確認される。
【００３９】
図９は、プラナリゼーションゲージ３０１の他の実施例を示す底面図である。図１０は、図９に示したプラナリゼーションゲージ３０１の側面図である。この実施例における光学ターゲットは、単一プレート５０３の前部平坦面３０５上の３つの異なる位置に取り付けられた３つのプローブ５０１、或いはプローブ様の突起である。プローブ５０１の各点は同じ平面中にあり、上向きカメラ１１７による認識が可能である。この実施例においては、プローブ５０１以外の構造を使用することも出来る。例えば、終端部を上向きカメラ１１７により認識することができる、単一プレート５０３から出た突起を更に利用することが出来る。深度計のプランジャーを嵌め込むに充分な幅を各々が持つ３つの深度計アクセス穴４０７も設けられている。単一プレート５０３は、プローブカード１１３と同じ方式でテストヘッド１０３に取り付けることが可能な固定具に適合している。図９及び図１０に図示した実施例には描かれていないが、指示線４１９及び中心光学ターゲットを更に含んでいても良い。プローブ５０１もまた、対応するドッキング支持体半径に対応する各光学ターゲット半径の比が全てのプローブ５０１について同じとなるように配置することが出来る。
【００４０】
図１１はプラナリゼーションゲージ３０１の他の実施例を示す底面図である。単一プレート６０１は、テストヘッド１０３上に装着された固定具に取り付けることが出来る。単一プレート６０１は、プローバー１０７側に向いたその前部平坦面３０５上にｘ字型の３つの光学ターゲット６０３を含む。ｘ字型光学ターゲット６０３の各々は、中心に明るい色のドットを持つ暗色の十字型イメージである。暗色の十字は、図７に示した指示線４１９と同様の機能を持つもので、上向きカメラ１１７の操作者が拡大ファインダーを介して小さい明色ドットを探す場合に役に立つ。３つの深度計アクセス穴４０７も設けられている。図１１の実施例においては図示していないが、指示線４１９及び中心光学ターゲットを設けることも出来る。更にｘ字型光学ターゲット６０３は、対応するドッキング支持体半径に対する各光学ターゲット半径の比が全てのｘ字型光学ターゲット６０３について等しくなるように配置することが出来る。
【００４１】
これらの図示した実施例のいずれに対しても更なる特徴を容易に追加することが出来る。例えば、光学ターゲットにｚ方向の相対的な高さ（ｚ高さ）のラベルをつけることが出来る。この情報により、ＡＴＥ操作者は実際のプローブカード１１３を搭載する場合に直接ドッキングシステム中のドッキング支持体１１１を最終高度付近に事前に設定することが出来、これにより設定時間を短縮することが出来る。各光学ターゲットのｚ高さの情報は、複数のＡＴＥテストセルで同じプローブカード１１３を使用する場合に全てのプローバー１０７を通じて共通のｚ高さとすることが出来る為に特に便利である。プラナリゼーションゲージ３０１が搭載された場合に中心光学ターゲットが半導体自動試験装置のプロービング中心からずれている距離を中心光学ターゲットにラベルすることも可能である。この情報は、プローバー１０７を初期化する場合に役立つ。
【００４２】
本発明の詳細を特定の実施例に基づいて説明してきたが、請求の範囲及び精神から離れることなく様々な変更及び強化策を施すことが可能であることは本発明の属する分野における当業者に明らかである。例えば、プレートは円形の形状をしているが、これらはテストヘッド１０３に取り付けられるようになっている限りにおいては、どのような形状をしていても良い。更に、図においては深度計アクセス穴４０７及び光学ターゲット４１７が３個セットで示されている。しかしながら、プラナリゼーションゲージ３０１に設ける深度計アクセス穴４０７又は光学ターゲット４１７の数の組み合わせはいくつであっても良い。深度計アクセス穴４０７の数が３個に満たない場合、プラナリゼーションゲージ３０１はテストヘッド１０３を回転させることにより、存在する深度計アクセス穴４０７を使って最低３つの異なる測定値が得られるようになっていなければならない。同様に、光学ターゲット４１７の数が３個に満たない場合は、プラナリゼーションゲージ３０１をテストヘッド１０３中で回転させることにより、存在する光学ターゲット４１７を使って最低３つの異なる測定値が得られるようになっていなければならない。
【図面の簡単な説明】
【図１】ウエハソートで用いられる一般的な自動試験装置（ＡＴＥ）を示す「高位置」の側面図である。
【図２】ウエハソートで用いられる半導体自動試験装置の他の構成を示す「高位置」の側面図である。
【図３】テストヘッド及びプローブカードがウエハ表面に対して平坦化されていない状態のシステムを示す側面図である。
【図４】プラナリゼーションゲージを設置した半導体自動試験装置の「高位置」の側面図である。
【図５】本発明に基づいて作られたプラナリゼーションゲージの一実施例の側面図である。
【図６】図５のプラナリゼーションゲージの後部プレートの底面図である。
【図７】図５のプラナリゼーションゲージの前部プレートの底面図である。
【図８】図７において点線の円Ｄ’で囲まれた領域の拡大図である。
【図９】プラナリゼーションゲージの他の実施例を示す底面図である。
【図１０】図９のプラナリゼーションゲージの側面図である。
【図１１】プラナリゼーションゲージの他の実施例を示す底面図である。
【符号の説明】
１１３プローブカード
１１７上向きカメラ
１１９システム基準平面
３０１プラナリゼーションゲージ（構造体）
３０３後部平坦面
３０５前部平坦面
４０１前部プレート
４０３後部プレート
４０７深度計アクセス穴
４１７、６０３光学ターゲット
４１９、４２１指示線
５０１プローブ（光学ターゲット）
５０３、６０１単一プレート

Claims

半導体自動試験装置に使用するプラナリゼーション装置であって、
少なくとも１つの深度計アクセス穴を含む構造体であって、該構造体がプローブカードと機械的に相互に置き換えることができるものである、構造体と、
半導体自動試験装置のシステム基準平面として機能する、前記構造体上の後部平坦面と、
前記後部平坦面と平行でその反対側を向き、半導体自動試験装置のシステム基準平面として機能する前部平坦面と、
該前部平坦面上にある少なくとも１つの光学ターゲットと
を含むプラナリゼーション装置。
前記構造体が３つの深度計アクセス穴を持つ、請求項１に記載のプラナリゼーション装置。
前記前部平坦面の表面が、前記光学ターゲットの背景として暗い色をしており、前記光学ターゲットが、前記暗い色の背景上に配置された明るい色のドットである、請求項１に記載のプラナリゼーション装置。
前記光学ターゲットがプローブ群であり、該プローブ群の先端が単一平面中にある、請求項１に記載のプラナリゼーション装置。
前記光学ターゲットが、上向きカメラで認識可能な終端部を有する突起である、請求項１に記載のプラナリゼーション装置。
前記前部平坦面の中心に中心光学ターゲットを有する、請求項１に記載のプラナリゼーション装置。
前記半導体自動試験装置における試験対象の半導体が配置される載置台の中心が、半導体自動試験装置のプロービング中心として定義されており、前記中心光学ターゲットには、前記半導体自動試験装置のプロービング中心と前記中心光学ターゲットとの間のずれた距離が表示されているラベルがつけられている、請求項６に記載のプラナリゼーション装置。
前記半導体試験装置は、試験対象の半導体が配置される載置台の周囲に設けられた複数のドッキング支持体を備えており、該ドッキング支持体は、前記試験対象の半導体と前記構造体との間の距離を調節するように上下方向の高さが調節できるように構成されており、前記載置台の中心が、半導体自動試験装置のプロービング中心として定義されており、前記半導体自動試験装置上の各ドッキング支持体が、対応する光学ターゲットを有し、前記プロービング中心から前記光学ターゲットまでの距離が光学ターゲット半径であり、前記プロービング中心から前記ドッキング支持体までの距離がドッキング支持体半径であり、各光学ターゲットは、各光学ターゲット半径とそれに対応するドッキング支持体半径との比が等しくなるように配置されている、請求項１に記載のプラナリゼーション装置。
前記前部平坦面上には、指示線が描かれており、該指示線は、前記前部平坦面の中心を各光学ターゲットへと結ぶものである、請求項１に記載のプラナリゼーション装置。
前記光学ターゲットが、前記前部平坦面に対して垂直方向の高さを有し、前記光学ターゲットの各々には、前記垂直方向の高さが表示されているラベルがつけられている、請求項１に記載のプラナリゼーション装置。